高二物理传感器学案和练习题

第六章第六章 传感器传感器第一节第一节 传感器及其工作原理传感器及其工作原理学习目标学习目标1知道什么是传感器，理解各类传感器的工作原理2知道光敏电阻特点及作用3掌握热敏电阻和金属电阻的特点及区别4理解霍尔元件的原理及作用5会用得各类元件(热敏电阻、光敏电阻、霍尔元件等)设计简单的控制电路 课本导读课本导读一一传感器传感器1干簧管结构：它只是玻璃管内封入的的两个制成的簧片作用：在电路中起到的作用，它是一种能够的传感器2传感器作用：它是能够把易感受的力、温度、光、声、化学成分等按照一定的规律转换为容易进行测量、传输、处理和控制的电压、电流等，或转换为的一类元件分类：常见的传感器有色标传感器、温度传感器、电容式位移传感器、电感式位移传感器等等二二光敏电阻光敏电阻1构造及特点：光敏电阻是用制成的，硫化镉就是一种其特点是电阻率随光照强度的增大而，原因是：无光照射，载流子，导电性2作用：光敏电阻能够把转化为三三热敏电阻和金属热电阻热敏电阻和金属热电阻1热电阻：金属的电阻率随温度的升高而，用多金属做成的传感器称为热电阻其特点是、测温范围，但较差2热敏电阻：半导体材料的导电能力随温度升高而，电阻率随温度升高而，用做成的传感器称为热敏电阻，热敏电阻也可以用制成其特点是灵敏度3二者的作用：二者都能把转化为四四霍尔元件霍尔元件1构造（如图 611 所示）：在很小的矩形薄片上，制作四个电极，就成为一个霍尔元件2霍尔电压：形成过程：表达式 UH=，式中 d 为，k 为，其大小与有关3作用：用霍尔元件能够把转换为典型例题典型例题【例例 1】 如图 612 所示，将万用表的选择开关置于“欧姆档” ，再将电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻 Rt的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中间若往 Rt上擦一些酒精，表针将向（填“左”或“右”移动） ；若用吹风机将热风吹向电阻，表针将向（填“左”或“右”移动） 【解析解析】若往 Rt上擦一些酒精，由于酒精蒸发吸热，热敏电阻 Rt温度降低，电阻值增大，所以电流减少，指针应该向左偏；用吹风机将热风吹向电阻，电阻 Rt温度升高，电阻值减少，电流增大，指针向右偏【答案答案】 左 右图 611图 612【特别提示特别提示】 （1）热敏电阻的阻值随温度的变化而变化阻值随温度的升高而增大的我们称之为正温度系数热敏电阻(PTC)阻值随温度的升高而减小的我们称之为负温度系数热敏电阻(NTC)（2）欧姆表的表盘刻度最右侧为 0，最左侧为最大值【例例 2】 如图 613 所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中 R1为光敏电阻，R2为定值电阻此光电计数器的基本工作原理是A当有光照射 R1时，信号处理系统获得高电压B当有光照射 R1时，信号处理系统获得低电压C信号处理系统每获得一次低电压就计数一次D信号处理系统每获得一次高电压就计数一次【解析解析】当光照射到光敏电阻 R1上时，R1电阻减小，电路中电流增大R2两端电压升高，信号处理系统得到高电压，计数器每由高电压转到低电压，就计一个数，从而达到自动计数目的，由以上分析选项 A、C 正确【特别提示特别提示】光敏电阻的阻值随光照强度的增大而减小达标测试达标测试1下列说法正确的是A传感器担负着信息采集的任务B干簧管是一种磁传感器C传感器不是电视摇控接收器的主要元件D传感器是力、温度、光、声、化学成分转换为电信号的主要工具图 614图 6132如图 614 为电阻 R 随温度 T 变化的图线，下列说法中正确的是A图线 1 是热敏电阻的图线，它是用金属材料制成的B图线 2 是热敏电阻的图线，它是用半导体材料制成的C图线 1 的材料化学稳定性好、测温范围大、灵敏度高D图线 2 的材料化学稳定性差、测温范围小、灵敏度高3用多用电表的同一档位测量热敏电阻和光敏电阻的阻值时，下列说法正确的是A测热敏电阻时，温度越高，多用电表指针偏角越大B测热敏电阻时，温度越高，多用电表指针偏角越小C测光敏电阻时，光照越弱，多用电表指针偏角越大D测光敏电阻时，光照越弱，多用电表指针偏角越小4利用半导体材料可制成哪些电子元件A热敏电阻B光敏电阻C晶体管D标准电阻5如图 615 所示，某半导体热敏电阻的 IU 图线可能是6金属铂的电阻值对温度高低非常敏感，图 616 中可能表示金属铂电阻的UI 图线是图 615图 6167下列说法正确的是A金属导体的电阻率随温度增加而减小B半导体的电阻率随温度增加而增大C用半导体制成的热敏电阻，可以作为测温元件D用半导体制成的光敏电阻，可以起到开关的作用8关于热敏电阻以下说法中正确的是A热敏电阻的阻值随温度升高而增大B热敏电阻的阻值随温度升高而减小C热敏电阻的阻值随温度变化而均匀变化D热敏电阻可以用金属氧化物制作9一般光敏电阻的阻值随入射光强度的增加而由于它对光照较敏感，所以可以作传感器10在自动恒温装置中，某半导体材料的电阻率随温度的变化如图 617 所示，这种材料具有发热和控温双重功能回答下列问题：（1）通电后，其电功率A先增大后减小B先减小后增大C一直不变D无法确定（1）光其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在At1图 617B t2C t1至 t2的某一值上D大于 t2的某一值上11按图 618 连接好电路，合上 S，发现小灯泡不亮，原因是；用电吹风对热敏电阻吹一会，会发现小灯泡，原因是；停止吹风，会发现；把热敏电阻放入冷水中会发现12试推导霍尔电压的表达式 UBkIN/d拓展提高拓展提高 思维升华思维升华在理解材料上讲授的常见传感器工作原理的基础上，科学运用知识的正迁移，会分析新的传感器的工作原理，分析它们如何实现把非电学量转换为电学量的 综合实践与创新综合实践与创新1随着生活质量的提高，自动干手机已经进入家庭洗手后，将湿手靠近自动干手机，机内的传感器便驱动电热器加热，有热空气从机内喷出，将湿手烘干，手靠近自动干手机能使传感器工作，是因为A改变了湿度B改变了温度C改变了磁场D改变了电容2 （2000 年全国理综）如图 619 所示，厚度为 h，宽度为 d 的导体板放在垂直于它的磁感强度为 B 的均匀磁场中，当电流通过导体板时，在导体板的上侧面 A 和下侧面 A之间会产生电势差，这种现象称为霍尔效应，实验表明，当磁场不太强时，电势差U、电流 I 和 B 的关系为 UKIB/d式中比例系数 K 称为霍尔系数图 618图 619霍尔效应可解释如下：外部磁场的洛伦兹力使运动的电子聚集在导体板的一侧，在导体板的另一侧会出现多余的正电荷，从而形成横向电场横向电场对电子施加与洛伦兹力方向相反的静电力，当静电力与洛伦兹力达到平衡时，导体板上下两侧之间就会形成稳定的电势差设电流 I 是由电子的定向流动形成的，电子的平均定向速度为 v，电量为 e，回答下列问题：（1）达到稳定状态时，导体板上侧面 A 的电势下侧面A的电势（填高于、低于或等于） （2）电子所受的洛伦兹力的大小为（3）当导体板上下两侧之间的电势差为 U 时，电子所受静电力的大小为（4）当静电力和洛伦兹力平衡的条件，证明霍尔系统为 k=1/ne，其中 n代表导体板单位体积中电子的个数第二节第二节 传感器的应用（一）传感器的应用（一）学习目标学习目标1了解传感器应用的一般模式2理解应变式力传感器的应用电子秤的工作原理3理解声传感器的应用话筒的工作原理4理解温度传感器的应用电熨斗的工作原理5会用各类传感器（力传感器、声传感器、温度传感器等）设计简单的控制电路课本导读课本导读一一应变式力传感器的应用应变式力传感器的应用电子秤电子秤1应变式力传感器的构造：它是由和组成，应变片是一种敏感元件，多用制成2应变式力传感器的工作原理如图 621 所示：弹簧钢制成的梁形元件右端固定，在梁的上下表面各贴一个，在梁的自由端施力 F，则梁发生弯曲，上表面，下表面，上表面应变片的电阻变，下表面的电阻变F 越大，弯曲形变越，应变片的阻值变化就越如果让应变片中通过的电流保持恒定，则上面应变片两端的电压变，下面应变片两端的电压变因此可得，外力越大，输出的电压差值也就越3应变力传感器的作用：它能够把转换成二、声传感器的应用二、声传感器的应用话筒话筒1话筒的作用：话筒是一种常见的声传感器，它能把转换为2动圈式话筒的构造（如图 622 所示）及工作原理：它主要由、和组成其工作原理可简述为：3电容式话筒的构造（如图 623 所示）及工作原理：它主要是由、和组成的一个电容器4驻极体话筒的工作原理及特点：它的工作原理与电容式话筒，但工作电压不同，它只需的电压，而电容式话筒需的电压它的特点有、图 621图 622图 623三、温度传感器的应用三、温度传感器的应用电熨斗电熨斗1电熨斗的构造（如图 624 所示）：它主要由、弹性铜片、电热丝、金属底板等几部分组成2电熨斗的工作原理：常温下上下触点是，设定温度时，通过调节使弹性铜片下降，与弹性铜片相连接的上触点与接通，这样电路接通，电热丝发热产生热量，温度升高，可以熨烫衣物这时双金属片也由于受热而膨胀，但因双金属片上层金属的膨胀系数下层金属，使双金属片向弯曲，上下触点脱离，电路断开由于电路断开，电热丝不再发热，温度降低，双金属片恢复初态，电路又接通加热不难看出，双金属片温度传感器的作用就是典型例题典型例题【例例 1】 动圈式话筒和磁带录音机都应用了电磁感应现象，图甲是话筒原理图，图乙是录音机的录音、放音原理图，由图 625 可知A话筒工作时磁铁不动，线圈振动而产生感生电流B录音机放音时变化的磁场在静止的线圈产生感生电流C录音机放音线圈中变化的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场D录音机录音时线圈中变化的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场图 624图 625【解析解析】话筒的工作原理是，声波迫使金属线圈在磁铁产生的磁场中振动产生感应电流A 正确录音时，话筒产生的感应电流经放大电路放大后在录音机磁头缝隙处产生变化的磁场，D 正确磁带在放音时通过变化的磁场使放音头产生感应电流，经放大电路后再送到扬声器中，B 正确【答案答案】 ABD【例例 2】 一般的电熨斗用合金丝作发热元件，合金丝电阻随温度 t 变化的关系如图626 中实线所示由于环境温度以及熨烫的衣物厚度、干湿等情况不同，